神秘快速射电暴或来自几十亿光年之外的黑洞或中子星

[ 录入者:zhangms | 时间:2018-01-18 10:08:51 | 作者:叶子 | 来源:新浪科技 | 浏览:1178次 ]

新浪科技讯 北京时间1月17日消息,据国外媒体报道,在受其困扰十几年后,天文学家也许终于发现了反复出现的“外星人信号”、即快速射电暴(简称FRBs)的来源。

这些极强的脉冲似乎来自一处黑洞,或一颗距地球30亿光年的、能量极高的中子星。

科学家认为,这意味着他们又发现了一处“极端环境”,属于宇宙中目前观察到磁化程度最高的区域之一。不过,专家尚未将其它反常规的解释排除在外,如这些信号来自外星文明等。

快速射电暴是一系列来自遥远未知信号源的短暂、明亮的射电脉冲。2007年,天文学家在分析澳大利亚帕克斯望远镜于2001年收集的数据时,首次发现了这一现象。帕克斯望远镜直径达64米。1969年,它负责接收阿波罗11号登月时的直播图像,因此闻名于世。不过,它首次探测到的快速射电暴、以及之后确认的20多次强烈射电脉冲,却令天体物理学家困惑不已。

由FRB 121102发出的反复射电暴也许来自30亿光年外一处星系中的黑洞或中子星。

专家认为,这些强大的脉冲信号也许来自30亿光年外一处星系中的黑洞或中子星。

快速射电暴的问题在于,它们大多为随机出现,且持续时间仅有几毫秒,难以用射电和光学望远镜进行常规探测和后续观测。目前只有一次快速射电暴存在反复现象,名为FRB 121102,位于距地球30亿光年的一处星系中。自从2012年首次发现它以来,天文学家已经观察到了超过200次来自FRB 121102的高能射电暴。

一支包含加州大学伯克利分校“突破聆听”项目团队成员在内的国际性研究团队利用美国西弗吉尼亚州的绿岸望远镜,对FRB 121102展开研究。他们发现,构成射电暴的电磁波均来自一类具有独特规律的天体。这说明它们的源头存在极强磁场,类似于黑洞或中子星周围的情况。而我们只在巨型黑洞(比如星系中心处的黑洞)周围发现过这些规律。

参与该研究的维多利亚·卡斯比(Victoria Kaspi)表示:“我收到邮件后,反复读了好几遍,才明白它在说什么。”

“我一直在想,‘不可能啊,这肯定弄错了。’”

“我们发现的现象显然位于某个极端环境中,而该极端环境产生的现象也许正是近年来天体物理学最重要的未解之谜之一。”

“如果你在极端环境中发现了一个极端天体,这难道仅仅是巧合吗?”

“快速射电暴会产生剧烈的射电波爆炸,而我们尚不清楚它发生的原因。”

“也许这正是一条解开爆炸机制的线索。”

  这些发现证实了荷兰一支天文学家团队的观测结果。后者利用波多黎各阿雷西博天文台的威廉·E·戈登望远镜,探测到了极性射电暴现象。

去年八月,绿岸望远镜在短短5小时内便探测到了15起快速射电暴。这张动图记录了其中的14次,从中可以看出其光谱之分散、区别之明显。

荷兰团队与突破聆听项目团队均认为这些快速射电暴也许源自一颗磁场强度极大、不断旋转的中子星,即所谓的“磁星”(magnetar),且附近还有一个正在发展壮大的巨型黑洞。

加州大学伯克利分校博士后研究员、参与突破聆听项目的维沙尔·扎加(Vishal Gajjar)指出:“我们目前对背后的机制毫无头绪。有许多问题需要解答,例如,旋转中的中子星是如何产生快速射电暴所需的大量能量的?”

还有一种异想天开的解释,认为快速射电暴是先进外星文明发出的高能信号。这也是网络投资家尤里·米尔纳(Yuri Milner)为突破聆听项目投资1亿美元(约合6.49亿人民币)、搜索外星智慧生命的原因。

扎加博士补充道:“我们不能彻底排除快速射电暴与外星人有关的可能性。”

这些短时射电暴的持续时间从30微秒到9毫秒不等,说明信号源的直径可能只有10公里,这是中子星的正常大小。

中子星是质量为太阳10至29倍的大型恒星坍缩后的内核,是已知最小、密度最大的星星。磁星则是中子星的一种,拥有极强的磁场。

专家指出,磁星很可能是快速射电暴的来源。磁星与原始恒星爆炸并形成磁星时释放出的粒子云发生相互作用,从而产生快速射电暴。此外,磁星与中子星或脉冲星生成的高磁力风之间的相互作用也可能产生快速射电暴。

目前为止,突破聆听项目已经记录了十余次快速射电暴的数据,包括FRB 121102,并计划对已知的30多处快速射电暴来源全部展开抽样调查。

该项目给绿岸望远镜分配了十几个小时的观测时长,用于记录来自FRB 121102的射电信号。去年八月,该望远镜在短短5小时内便探测到了15起快速射电暴。研究人员在分析其中最明亮的两次后,发现了快速射电暴的独特方向性。

而在将注意力转向其它快速射电暴来源之前,研究团队计划先对FRB 121102展开更多观测。

一些人认为快速射电暴是外星人发出的信号。研究显示,此类现象也许每秒都在发生。在这幅艺术家绘制的概念图中,蓝点便代表着快速射电暴信号。

 假如这种神秘现象的确是外星生命存在的迹象,那么这批最新观测结果便说明,该现象远比此前认为的普遍得多。

扎加博士称,他们想在更高频率下进行观测,最高可达12千兆赫兹,观察能量在频率较高时是否会下降。相比之下,目前用绿岸望远镜的观测只有4至8千兆赫兹。他认为这有助于缩小可能的信号源范围。

他还补充道:“我们想开展完整的抽样调查,以便在搜寻调制模式或窄带信号时进行标准SETI(搜寻地外文明计划)分析。这类信号包括任何无法由自然界产生的、载有信息的信号。”

科学家认为,快速射电暴实际比我们观测到的频繁得多。一些科学家估计,每天来自四面八方的快速射电暴或多达1万次。

而我们仍不清楚如此短暂而迅猛的射电暴是如何产生的,这个谜团一直困扰着科学家。假如这种神秘现象的确是外星生命存在的迹象,那么这批最新观测结果便说明,该现象远比此前认为的普遍得多。

哈佛·史密森天体物理中心的研究人员对可观测宇宙中可能出现的快速射电暴数量做了估算。结果显示,每秒至少会发生一次快速射电暴。

科学家首次探测到快速射电暴之前,从未见过与之类似的现象。自此之后,他们又检测到了几十次快速射电暴,但仍不了解此类快速而强大的射电信号的来源。

本次研究由哈佛·史密森天体物理中心的阿娜斯塔西娅·斐亚科夫(Anastasia Fialkov)表示:“如果宇宙中发生快速射电暴的频率真的这么高,太空就会像狗仔队抓拍明星时的闪光灯一样热闹非凡。”

“只不过这些‘闪光灯’不是肉眼可见的光线,而是射电波。”

“就在喝下一杯咖啡的时间里,宇宙中也许已经发生了数百次快速射电暴。”该研究的共同作者阿维·勒伊布(Avi Loeb)说道,“假如我们能深入研究其中的一小部分,就能弄清它们的来源了。”

为进行估算,科学家假设位于30亿光年之外的FRB 121102可以代表所有快速射电暴。由于FRB 121102自2012年被首次发现以来,一直在重复产生快速射电暴,因此科学家能够展开更加详细的研究。

利用这些信息,科学家成功估算出了整个可观测宇宙中可能存在的快速射电暴数量。

虽然快速射电暴的本质尚不得而知,但大多数科学家认为,该现象源自数十亿光年之外的星系。一种主流观点认为,快速射电暴是拥有极强磁场、且快速旋转的年轻中子星的副产物。

斐亚科夫和勒伊布指出,无论我们能否充分了解快速射电暴的起源,都可以借助它们研究宇宙的结构与演变。许多远道而来的快速射电暴还可帮助我们了解极远处的物质。这些物质往往会干扰宇宙微波背景(即宇宙大爆炸残留的辐射)发出的信号。

若针对此类物质开展详细研究,我们应当能更透彻地了解宇宙的基本成分,例如普通物质、暗物质与暗能量的相对含量等,这些都会影响宇宙的膨胀速度。

快速射电暴还可用来追踪宇宙大爆炸之后的降温过程中、将早期宇宙中弥漫的氢原子“雾气”分解为自由电子与质子的神秘机制。大多数科学家认为,首批产生的恒星发出的紫外线可将氢气电离,从而清除“雾气”,让紫外光得以向外扩散。而研究遥远的快速射电暴可帮助科学家研究“再电离”过程发生的地点、时间和方式。

“快速射电暴就像极为明亮的闪光灯,能够穿透这些雾气,即使相隔甚远也能看见它们。”斐亚科夫博士补充道,“这可以帮助我们以一种全新的方式研究宇宙‘黎明时期’。”(叶子)

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